Physiologische und molekularbiologische Untersuchung der kardialen miR-1 und miR-133a miRNA Cluster in der Maus (Mus musculus)

Abstract

MicroRNAs sind eine Klasse kleiner einzelsträngiger, nichtcodierender RNAs. Sie spielen eine Rolle bei der Kontrolle und Steuerung der Proteintranslation. Durch Bindung von miRNA an spezifische Bindungsstellen der Ziel-mRNA wird die Translation des Zielgenes gehemmt. Einige miRNAs werden ubiquitär exprimiert, andere miRNAs nur in einzelnen Geweben.Die microRNAs miR-1 und miR-133a werden hauptsächlich in Herz- und Skelettmuskelzellen exprimiert. Beide miRNAs werden als ein Cluster transkribiert. Im Genom der Maus gibt es zwei miR-1/133a Cluster, miR-1-1/miR-133a-2 auf Chromosom 2, miR-1-2/miR-133a-1 auf Chromosom 18.Die Expression der miRNAs miR-1/133a ist ab Tag E8.5 der Embryonalentwicklung detektierbar. In der hier vorliegenden Arbeit konnte mittels in situ Hybridisierung die Expression von miR-1 in Atrien, Ventrikel und Somiten dargestellt werden. Mit Affymetrix (RNA Expression)- und SILAC Analyse (Protein Expression) sollten mögliche Kandidaten gefunden werden, die auf Grund des Verlustes der microRNAs missexprimert sind und ursächlich für den Phänotyp sind. Verschiedenen Gene und Proteine wurde daraufhin näher untersucht. Die Reduktion um die Hälfte von miR-1/133a führt zu einem elektrophysiologischen Phänotyp: bei hohen Herzraten zeigt das EKG (Elektrokardiogramm) keine Auffälligkeiten, analysiert man den Herzschlag bei niedrigen Herzraten stellt man eine Verlängerung der QT Dauer fest. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass der Verlust jeweils eines miR-1/133a Clusters keinen Einfluss auf die Herzentwicklung hat, dass aber der Verlust beider miR-1/133a Cluster zur embryonalen Letalität mit Stopp der Entwicklung etwa bei Tag E11.5 führt. Die miR-1/133a Cluster spielen in der Physiologie der Herzens eine wichtige Rolle. Fehlen beide microRNAs komplett, hat dies schwerwiegende Auswirkungen auf die Entwicklung des Herzens.

MicroRNAs are a class of short, noncoding RNAs. They act by binding the 3 UTR of the target-mRNA. So the translation of the mRNA is inhibited. Some miRNAs are expressed ubiquitously, others show a high abundance in special tissues and organs.The microRNAs miR-1 and miR-133a are highly expressed in heart and skeletal muscles. Both are transcribed as a cluster. In the murine genome the miR-1/133a cluster are located on two different chromosomes: the miR-1-1/miR-133a-2 is located on chromosome 2, miR-1-2/miR-133a-1 on chromosome 18.The expression of miR1/133a is detectable from embryonic day E8.5. Here the expression of miR-1 in atria, ventricles and somites were detected by in situ hybridization.To find possible candidates responsible for the different phenotype and misexpressed targets of the miRNAs, respectively, Affymetrix Gene Chip (RNA expression) and SILAC (protein expression) data were screened. Some candidates were selected and further analyzed.Reduction of miR-1/133a by loss of one cluster leads to an electrophysiological phenotype: at a high heart rate the ECG (electrocardiogram) shows no differences compared to the wild type, at a lower heart rate a prolongation of the QT duration is detectable.Here it was shown that the loss of one single miR-1/133a cluster has no influence on heart development in mice. But the loss of both cluster leads to embryonic lethality at around day E11.5.The microRNA clusters miR-1/133a play an important role in the heart physiology. The loss of both clusters leads to serve defects in heart development.